Материаловедение (стр. 3 )

1.10 Коэффициент конструктивного качества К. К.К. – отношение предела прочности (как правило при сжатии) материала к его относительной плотности:

  К. К.К.=Rсж/d  (1.27)

где  к. к.к. – коэффициент конструктивного качества;

Rсж – предел прочности при сжатии, МПа;

d – относительная плотность.

Если для определения прочности, коэффициента размягчения и коэффициента конструктивного качества используют гидравлический пресс с манометром, фиксирующим давление, при котором разрушается образец материала, то предел прочности находят по формуле:

Rсж=N/F=MS/F  (1.28)

где  Rсж – предел прочности при сжатии, МПа;

N – разрушающая нагрузка, кгс;

М – показание манометра (давление), атм.;

S – площадь поршня, см2;

F – площадь образца (рабочая), см2.

Единицы измерения:

[R] = Н/м2 = 1 МПа;  [N] = 1 Н = 10-1 кгс = 10-3 кН

[R] = 1 кгс/см2 = 105 Па = 10-1 МПа

1.11 Особенности определения свойств древесины

При изучении свойств древесины и выполнении заданий необходимо учитывать неоднородность строения древесины, которая обуславливает различие показателей прочности и теплопроводности вдоль и поперек волокон, а также снижение физико-механических свойств при увлажнении. Поэтому полученные при испытании показатели приводят к стандартной влажности 12%, пользуясь формулами:

для средней плотности:

  со(12)=со(w) [1+0,01∙(1 – Ко) (12 - W)]  (1.29)

где  со(12) - средняя плотность древесины при влажности 12%, г/см3;

со(w) - средняя плотность древесины при данной влажности, г/см3;

К - коэффициент объемной усушки (для пород древесины березы, бука и лиственницы - 0,6; для древесины прочих пород - 0,5);

W - влажность древесины в момент определения, % .

для прочностных показателей образцов с влажностью меньше предела гигроскопичности:

  R12=Rw[1+б(W-12)]  (1.30)

для образцов с влажностью, равной или большей  предела гигроскопичности (30 %):

  R12=Rw/К3012  (1.30)

где  R12 - показатель данного свойства при влажности 12%, МПа;

Rw - показатель этого свойства при влажности в момент испытания, МПа;

W - влажность древесины в момент определения, % ;

б - поправочный коэффициент, равный 0,04;

К3012 - коэффициент пересчета при влажности 30%, равный: 0,4 – для березы и лиственницы; 0,445 - для ели, пихты, граба, груши, ивы, ореха, осины и тополя; 0,45 - для сосны и бука; 0,475 - для клена; 0,535 - для вяза и ясеня; 0,55 - для дуба, липы и ольхи.

Определение предела прочности при сжатии:

Rw=Nmax/a·b  (1.32)

где  Rw - прочность при данной влажности, МПа;

Nmax - максимальная нагрузка, кгс;

а и b - размеры поперечного сечения образца, cм.

Предел прочности древесины данной влажности приводят (пересчитывают) к пределу прочности древесины при 12%-ной влажности.

Определение предела прочности при изгибе:

Прочность древесины на статистический изгиб определяют по схеме (рисунок 1.2) балки свободно лежащей на двух опорах с пролетом 240 мм и нагруженной двумя сосредоточенными грузами на расстоянии 80 мм:

Rизг(w)=Nl/bh2  (1.33)

где  Rизг(w) - предел прочности древесины данной влажности, МПа;

N - разрушающая нагрузка, кгс;

l - расстояние между опорами, см;

b и h - ширина и высота сечения образца, см.

2 ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ ВИДЫ

Вяжущие вещества широко применяют в строительстве для изготовления искусственных каменных материалов (бетонных и железобетонных изделий и конструкций, дорожных и других покрытий, кладочных и штукатурных растворов, гидро - и теплоизоляционных материалов и т. д.). Их делят на две основные группы: органические и минеральные (неорганические). Органические вяжущие вещества представляют собой продукты перегонки нефти, каменного угля, древесины, торфа, обладающие способностью под влиянием физических или химических процессов переходить из пластичного состояния в твердое или малопластичное. К ним относятся: битумы, дегти, пеки, полимеры и эмульсии на их основе.

Минеральные вяжущие вещества представляют собой продукты, получаемые термической обработкой минерального сырья с последующим помолом в тонкий порошок. Поэтому минеральными вяжущими веществами называют тонкодисперсные (порошкообразные) материалы, способные при смешивании с жидкостью (водой, реже растворами солей) образовывать пластичное тесто, которое под влиянием физико-механических процессов, постепенно затвердевая, переходит в прочное камневидное состояние. В зависимости от способности твердеть и сохранять прочность, полученную после отвердевания в той или иной среде, минеральные вяжущие вещества разделяют на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие вещества после затворения водой или растворами солей способны переходить в камневидное состояние и сохранять его без потери прочности только на воздухе. К ним относятся воздушная известь, гипсовые вяжущие, магнезиальные вяжущие, растворимое стекло.

Гидравлические вяжущие вещества после затворения водой и предварительного затвердевания в среде влажного воздуха продолжают твердеть в воде, набирая прочность значительно большую, чем на воздухе. К гидравлическим вяжущим относятся: известь гидравлическая, романцемент, портландцемент и его разновидности, шлакопортландцемент, пуццолановый, тампонажный, глиноземистый, расширяющийся и другие цементы.

Цемент - это гидравлическое вяжущее, главной составной частью которого являются силикаты и алюминаты кальция, образующие при обжиге сырьевой смеси до спекания или до плавления. Из числа цементов различных видов наиболее важное значение имеет портландцемент. Его получают тонким помолом цементного клинкера и природного гипса (1,5 - 3,5 % в пересчете на SO3), допускается введение в смесь активных минеральных и других добавок. Клинкер - продукт обжига до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в нем силикатов кальция. Качество портландцемента характеризуют следующие показатели: минералогический состав, тонкость помола, нормальная густота цементного теста и сроки его схватывания, равномерность изменения объема, предел прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек, изготовленных из цементного раствора. По пределу прочности при сжатии и изгибе портландцемент подразделяют на марки "400", "500", "550", "600". Твердение и рост прочности портландцемента обусловлены взаимодействием основных клинкерных минералов с водой.

Воздушные вяжущие вещества применяют только в наземных, защищенных от увлажнения сооружениях. Гидравлические вяжущие вещества могут применяться как для наземных сооружений, работающих в условиях повышенной влажности, так и для подземных и подводных сооружений. Следовательно, для правильного выбора вяжущего для той или иной конструкции или детали нужно ясно представлять условия, в которых эта конструкция будет работать.

При решении задач по разделу "Вяжущая известь" необходимо изучить основы производства, процессы, происходящие при обжиге и гашении извести, виды извести, свойства извести.

Строительной воздушной известью называют вяжущее вещество, получаемое умеренным обжигом (не до спекания) кальциево-магниевых карбонатных горных пород (известняка, мела, доломитов и пр.), содержащих не более 6% глинистых примесей.

Технологический процесс получения извести состоит из добычи известняка в карьере, его подготовки (дробления, сортировки) и обжига (в шахтных, вращающихся и других печах). При обжиге (при температуре 1000-1200 °С) известняк декарбонизируется и превращается в известь по реакции:

СаСОз = СаО + СО2

В результате обжига получают продукт в виде кусков белого цвета, называемый негашеной комовой известью (кипелкой) - СаО. Из нее путем помола или гашения получают:

известь негашеную молотую - СаО; гашеную гидратную известь - пушонку - Са(ОН)2 , содержащую 32% воды; известковое тесто - Са(ОН)2, содержащее 50% воды; известковое молоко - Са(ОН)2, содержащее в 3-4 раза больше воды, чем тесто.

При взаимодействии комовой негашеной извести с водой происходит гидратация оксида кальция (гашение извести) с выделением значительного количества тепла:

СаО+Н2О = Са(ОН)2+Q

По времени гашения строительную известь подразделяют на быстрогасящуюся (не более 8 мин), среднегасящуюся (не более 25 мин) и медленногасящуюся (более 25 мин).

3 ЦЕМЕНТНЫЙ БЕТОН

3.1 Общие сведения

Бетон - искусственный камень, полученный в результате затвердевания правильно подобранно, тщательно перемешанной и уплотненной смеси, состоящей из вяжущего, воды и заполнителей (песка, щебня и гравия). Смесь этих материалов до затвердевания называют бетонной смесью. Цементное тесто, схватываясь и затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень (бетон).

3.2 Расчет состава цементного бетона ("лабораторный" состав)

Расчет производится по методу "абсолютных объемов"

Vац+Vав+Vап+Vащ(г)=1 м3=1000 дм3=1000 л,  (3.1)

Vац=Ц/сц,

Vав=В/ сц, 

Vап=П/ сц,

Vащ(г) = Щ (Г) / сц(г)

где  Vац, Vав, Vап, Vащ(г)- абсолютные объемы соответственно цемента, воды, песка, щебня (гравия), л;

Ц, В, П, Щ(Г) – соответственно масса цемента, воды, щебня (гравия), кг;

сц,.св, сп, сщ(г) – соответственно истинная плотность цемента, воды, песка, щебня (гравия), кг/л.

3.2.1 Определение цементно-водного отношения по формуле:

Rб=А∙Rц[(Ц/В)-0,5]  (3.2)

если Ц/В›2,5, то применяют формулу:

Rб=А1∙Rц[(Ц/В)+0,5]  (3.3)

где  Rб – марка бетона по таблице, кгс/см2;

Rц – активность цемента, кгс/см2;

Ц/В – цементно-водное отношение;

А и А1 – коэффициенты, характеризующие качество исходных материалов (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Значение коэффициентов А и А1 для тяжелого бетона

№	Качество компонентов бетонной смеси	А	А1
1 2 3	Высококачественные Рядовые (среднего качества) Пониженного качества	0,65 0,6 0,55	0,43 0,4 0,37

3.2.2 Определение расхода воды по таблице 3.2 в зависимости от удобоукладываемости (осадки конуса в см или жесткости в с), вида крупного заполнителя (щебня, гравия) и наибольшей крупности щебня (гравия).